化学气相沉积法合成Si3N4纳米带的研究

以Si粉、酚醛树脂和硝酸铁为原料，采用化学气相沉积法在氮气气氛下合成Si₃N₄纳米带。研究了热处理温度和硝酸铁添加量对合成Si₃N₄纯度和形貌的影响。结果表明，在非催化作用下，热处理温度升高有利于提高Si₃N₄纯度；温度为1 500℃时，合成高纯Si₃N₄，其中α-Si₃N₄和β-Si₃N₄生成量分别为91%和9%。添加催化剂显著影响Si₃N₄形貌，其形貌由直线形带状结构演变为蜷曲的带状结构，具有这种带状结构的Si₃N₄为α-Si₃N₄；当硝酸铁添加量为5%时，α-Si₃N₄生成量较高，为95%。     

Al2O3添加量对锆英石合成ZrN-Sialon的影响

借助XRD和SEM手段,研究了以锆英石和工业氧化铝为原料,在不同温度下采用碳热还原氮化工艺合成ZrN-Sialon复相材料时,氧化铝添加量对复相材料中Sialon相z值的影响。结果表明：在1 500和1 550 ℃下,产物形貌以颗粒状的ZrN和长柱状的β-Sialon为主;当Al₂O₃用量为理论量和过量5%时,Sialon相主要为Si₃Al₃O₃N₅（β-Sialon,z=3）;当Al₂O₃用量为过量10%和20%时,Sialon相出现Si₂Al₄O₄N₄（β-Sialon,z=4）。在1 600 ℃下,产物均为ZrN和Sialon相,其中Sialon相转化为具有片状形貌特征的SiAl₄O₂N₄（15R型AlN多型体）;增加Al₂O₃添加量会促进Sialon相的转化。合成ZrN-Sialon复相材料的适宜氧化铝用量为理论量或过量5%,适宜温度为1 550 ℃。     

新疆某镜铁矿石磁化焙烧过程研究

新疆某镜铁矿矿石TFe含量为35.20%,CaO含量为30.64%;铁矿物主要为镜铁矿,脉石矿物主要为方解石和石英。矿石中镜铁矿嵌布粒度微细,属于难选铁矿石。为考察矿石磁化焙烧过程物相转变规律,进行了焙烧温度、焙烧时间和配煤比对其磁化焙烧效果、铁物相转变过程的影响规律试验。结果表明：在配煤比为12%、焙烧温度为800 ℃、焙烧时间为75 min条件下还原焙烧后,焙烧产品磨细至-0.074 mm占90%,在磁场强度为120 kA/m条件下弱磁选,可获得铁品位为65.95%、回收率77.70%的指标。焙烧温度对镜铁矿磁化焙烧过程影响显著。焙烧温度低于800 ℃时镜铁矿磁化焙烧转变为Fe₃O₄,焙烧温度为800 ℃时,焙烧产品Fe₃O₄含量最高;焙烧温度高于800 ℃时,部分Fe₃O₄又被还原为FeO,产生过还原现象;焙烧温度为900 ℃时,焙烧产品FeO含量最高;焙烧温度达到1 000 ℃时部分FeO被还原成金属Fe。此过程与磁选结果的变化规律相符。另外,焙烧温度达到900 ℃时,部分Fe₂O₃与CaO反应,生成了2CaO·Fe₂O₃,不能通过弱磁选回收。试验结果为该镜铁矿资源的合理利用提供了技术参考。     

高磷鲕状赤铁矿CaCO3脱磷中焙烧温度及褐煤用量的影响

为揭示褐煤用量和焙烧温度对CaCO₃作用效果的影响机制,以褐煤为还原剂、CaCO₃为脱磷剂对国外某高磷鲕状赤铁矿进行了直接还原焙烧试验。热力学计算、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM-EDS)分析表明,CaCO₃的作用效果是其分解的CaO和CO2共同作用的效果总和。CaO的主要作用是促进铁矿物中的磷生成磷灰石并抑制磷灰石的还原,减少铁橄榄石和铁尖晶石的生成;CO2可促进煤的气化反应,加快铁氧化物的还原。而褐煤用量和焙烧温度会影响CaO的反应程度,进而影响CaCO₃的作用效果。由于低褐煤用量和高焙烧温度时焙烧过程的熔融程度高,可促进CaO的固相反应,因此CaCO₃的作用效果好。试验研究发现,在CaCO₃用量28%、褐煤用量20%、焙烧温度1 200℃时,得到的直接还原铁产品的脱磷率高达92%。     

工业硫酸锰深度除钙、镁、铁的试验研究

研究了工业MnSO₄净化除去钙、镁和铁的工艺。具体工艺包括: 采用先溶成浆再两步加料的方式, 向MnSO₄溶液中加入MnF₂浆料净化溶液中的Ca²⁺、Mg²⁺。加入适量的高锰酸钾优先氧化Fe²⁺后, 再氧化溶液中1%的Mn²⁺生成活性MnO₂, 从而有效吸附沉淀CaF₂、MgF₂和水解产物Fe(OH)₃。试验结果表明: 控制pH为4, 反应温度90 ℃, 搅拌时间2 h, 当硫酸锰的浓度为300 g/L时, 钙、镁和铁的净化率分别高达98.8%、97.25%和99.92%。最后以净化除杂后的硫酸锰为锰源, 采用液相共沉淀法合成MnO₂。SEM和XRD表征表明, 合成的MnO₂产品具有球形形貌, 衍射峰峰型较尖锐, 属于四方晶系α-MnO₂。     

氟磷灰石模拟矿相合成工艺研究

通过热力学计算对以NaF、CaCl₂和Na₃PO₄为原料合成氟磷灰石的可行性进行了分析, 采用差热热重分析(DSC-TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等技术, 对反应产物表面形貌和成分进行了表征, 结果表明;在所获得的焙烧矿中均匀分布大量三叶草形貌矿相, 该矿相即为氟磷灰石。较佳合成温度为1 173 K, 其反应转化率大于95%, 合成产物中氟磷灰石含量为90%, 该合成产物满足后期单一矿物浮选试验要求。     

氧化锰矿石直接还原制备锰铁合金

以某氧化锰矿石为原料,采用直接还原工艺制备锰铁合金,重点研究了碱度、配碳系数、添加剂加入量对还原过程的影响。研究结果表明：合适的碱度是实现渣与金属分离的重要条件,配碳系数影响产物中金属的迁移、聚集,添加剂对降低渣系熔点、促进金属相聚集长大效果明显。试样在碱度为2.0、配碳系数为1.0、添加剂配入量为CaO+AlAl₂O₃+SiO₂+MgO总量的5%、温度为1 350 ℃条件下还原焙烧30 min,可获得金属锰含量约71%、金属铁含量约17%、碳含量约7%的锰铁合金。     

CaO和Na2CO3用量对高磷鲕状赤铁矿石深度还原分选的影响

采用深度还原技术处理高磷鲕状赤铁矿可以取得良好的技术经济指标,但添加剂（如CaO和Na₂CO₃）在深度还原过程中的作用仍需深入研究。以鄂西某宁乡式高磷鲕状赤铁矿石为原料,考察还原温度、还原时间、碳氧摩尔比对还原指标的影响。结果表明,适宜的深度还原条件为还原温度1 523 K、还原时间30 min、碳氧摩尔比2.0,获得的还原物料铁金属化率为86.21%,还原物料经磁选获得的磁选精矿铁品位为91.69%、回收率为92.23%。在最佳还原条件下分别以CaO和Na₂CO₃为添加剂进行深度还原试验,采用化学成分分析和X射线衍射（XRD）探究了CaO和Na₂CO₃用量对高磷鲕状赤铁矿石深度还原分选指标、脱磷效果和物相转变的影响。结果表明,添加CaO和Na₂CO₃均可抑制深度还原过程中铁橄榄石的生成,有效降低精矿中磷含量,提高铁回收率;CaO可与物料中的SiO2和Al2O3反应生成硅灰石和钙铝黄长石等高熔点硅酸盐,不利于铁品位的提高;Na₂CO₃可与物料中的SiO₂和Al₂O₃反应生成钠长石等低熔点硅酸盐,有利于铁品位的提高。     

二氧化锰纳米棒的水热合成与电化学性能研究

在酸性条件下直接水热分解高锰酸钾合成了二氧化锰纳米棒, 用XRD、TEM/SAED和SEM/EDAX等方法对所得产物进行了分析和表征, 系统研究了水热反应温度、酸用量、酸种类以及搅拌对所得产物晶相和形貌的影响, 分析了水热分解高锰酸钾过程中锰的价态变化及二氧化锰的形成过程。结果表明, 纯相的二氧化锰纳米棒可在一个较宽的温度范围内(100～150 ℃)合成; 酸的用量和种类对所得MnO₂的晶体结构和形貌有一定影响, 当浓H₂SO₄用量少于0.1 mL时得到了层状MnO₂产物, 而当使用浓H₃PO₄时则得到了α-MnO₂和MnPO₄·H₂O的混合物。同时考察了所制备的二氧化锰纳米棒在碱性锌锰电池中的放电性能, 并与文献中已报道过的结果和商用电解二氧化锰的电化学性能进行了比较。     

锌系统沉铁渣综合回收工艺优化研究

对侧吹烟化炉中处理锌系统沉铁渣时粉煤用量、Fe₂O₃/SiO₂比、CaO/SiO₂比、反应温度、反应时间对熔炼过程的影响进行了研究, 确定了最优工艺技术参数。结果表明, 在m_粉煤/m_渣样=1/2.8, CaO/SiO₂=0.75, Fe₂O₃/SiO₂>1, 烟化温度1 250 ℃, 烟化时间1 h条件下获得铅锌挥发率均大于96%。     

复合氧化钼压块自还原过程试验研究

对复合MoO_3压块自还原反应中还原剂和抑制剂抑制MoO_3的升华过程进行了热力学分析,并结合热重实验研究了SiC(C)和CaO对MoO_3升华的抑制效果,通过复合MoO_3压块自还原实验,研究还原剂类型和配比、还原温度及CaO加入比例对MoO_3压块反应后物相组成的影响。结果表明,当C(SiC)与CaO混合加入到复合MoO_3压块中时,对MoO_3升华的抑制效果优于只加入C(SiC)或CaO;加入C或SiC的复合MoO_3压块自还原反应是一个分段式还原的过程,随着反应温度的升高,MoO_3被依次还原为MoO2、Mo;同时,提高CaO的加入量,产物中CaMoO4比例提高,能更有效地抑制MoO_3的升华。     

转炉高温煤气中煤粉的气化行为

为了有效提高转炉高温煤气中可燃气体品质,降低CO2含量。文中提出了一种向转炉高温煤气中喷吹煤粉制备高品质气体的方法。本试验方法采用FactSage 6.1计算各组分之间反应的可能性,利用热重分析仪对煤焦的热解、气化、复合添加剂下的催化气化行为进行理论分析,通过沉降炉实验研究了900~1 200 ℃气体产物的动态析出特性,并计算出可燃气体上升率α,CO2下降率β作为评价指标,最后通过工业试验进一步验证。试验结果表明,煤焦质量损失是由于CO2气化行为造成的,加入添加剂后,气化反应开始温度降低了62 ℃,气化反应结束的温度降低了117 ℃,煤气中H2和CO的含量显著升高,CO2和CH4的含量显著降低。无添加剂条件下,α值由900 ℃时的7.63%增加到1 200 ℃时的17.27%,β值由900 ℃时的4.42%增加到1 200 ℃时的27.52%。含添加剂条件下,α值由900 ℃时的11.51%增加到1 200 ℃的37.64%,β值由900 ℃时的11.48%增加到1 200 ℃时的54.72%。在900~1 200 ℃,α值随温度的升高,逐渐增大,β值随温度的升高,逐渐减小。在1 200 ℃时,含添加剂与未加入添加剂相比α值增加20.37%,β下降27.20％,这是由于添加剂对煤粉的气化起到催化作用。与沉降炉实验结果相比,工业试验得到的α,β值分别增加5.29%,4.96％,工业试验值略大于沉降炉实验值。通过试验结果分析验证了向转炉高温煤气中喷吹煤粉制备高品质气体的方法的可行性。该试验方法的设计应用,可为转炉高温煤气中可燃气体品质优化提供参考。     

Fe元素对6063铝合金挤压型材表面渣粒的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段,研究了Fe元素对6063铝合金挤压型材表面渣粒的影响。结果表明: 6063铝合金型材表面渣粒缺陷主要为Al及Al₂O₃夹杂物组成的金属瘤状物。铸态合金组织经过均匀化(570 ℃×6 h)处理后,合金组织主要由α-Al基体、Mg₂Si、β-Al₅FeSi以及少量的α-Al₈Fe₂Si组成。Fe含量0.10%~0.19%范围内,随Fe含量降低,网状连续分布于晶间的非平衡共晶相趋于破碎,长条状β-Al₅FeSi相减少,颗粒状α-Al₈Fe₂Si 相明显增加,基体连续性增强,晶间产生包晶反应的几率减少,挤压型材表面渣粒数量减少。     

相界面对双相钛合金层裂孔洞形核的影响

利用一级轻气炮对TC4双相钛合金进行加载, 获得初期的层裂状态, 在加载中采用多普勒激光干涉测速技术对样品自由面粒子速度进行测试。在软回收经过加载的样品之后, 借助于金相显微镜、X射线断层扫描、纳米压痕等检测手段进行多维分析, 探讨了相界面对孔洞形核位置的影响。结果表明, 孔洞绝大部分都在α相内形核, 而不是如准静态损伤理论预测的形核于α/β相界面。这是由于相界面的反射与透射作用, 当冲击波从高阻抗α相传入到低阻抗β相时, 会在α相内产生拉伸脉冲, 当拉伸脉冲足够大时, 导致在α相内产生孔洞。     

复合氧化钼压块直接合金化炼钢的试验研究

在100 kg的中频感应炉内模拟转炉直接合金化工艺,进行了复合氧化钼压块直接合金化炼钢实验。结果表明,实验中压块迅速熔化,钼元素收得率随合金化时间的延长而提高,最终达到稳定值。对于含C的复合氧化钼压块,当合金化时间为8 min、压块组分摩尔比为Mo O_3∶C∶CaO=1∶2.25∶0.5时,钼元素的收得率最高为97.48%;对于含SiC复合氧化钼压块,当合金化时间为8 min、压块组分摩尔比为Mo O_3∶SiC∶CaO=1∶0.75∶0.75时,钼元素的收得率最高为97.94%。     

几种典型煤气化炉渣的碳热还原氮化过程

煤气化炉渣是煤炭气化过程产生的固体废弃物。选取5种煤气化炉渣作为研究对象,在分析其化学和显微结构后,将炉渣分别在1 350~1 500℃进行碳热还原氮化,并对氮化产物的物相组成和显微结构进行表征。结果表明:1 5种无定性炉渣的化学结构均可描述为Si O4四面体与Al O4四面体相互连接的架状结构;2炉渣中的玻璃相呈规则球体状,无定性碳呈多孔海绵、长带或长片状;3 5种炉渣经碳热还原氮化反应均可合成出Ca-α-Si Al ON粉体,且Ca-α-Si Al ON的形成过程一致;4炉渣氮化产物中杂质相的产生与炉渣的化学组成中Ca O,Si O2,Al2O3和C的相对含量密切相关;5在氮化过程中,炉渣中玻璃球体发生表面粗糙、多孔、空心等形态的变化,这些变化在一定程度上反映出炉渣的氮化进程。     

用山东某电厂脱硫石膏制备α-半水石膏

山东某电厂产生的脱硫石膏目前仅作为水泥及其制品的常规掺和料和普通石膏制品的生产原料直接出售,售价低廉。为提高该脱硫石膏的综合利用附加值,对其进行了常压NaCl盐溶液水热法制备α-半水石膏的试验研究。试验以制品结晶水含量和制品中结晶体的微观形貌为判据,对工艺条件进行了优化,最终确定的盐溶液浓度为20%,料浆浓度为20%,料浆pH为自然状态,反应温度为100℃,反应时间为3 h。在此条件下,所得制品的结晶水含量为8.74%,结晶为平均长径比=4∶1的柱状体。X射线衍射分析结果证明,制品中的主要物相确实为α-半水石膏。     

粉煤灰对三山岛金矿充填体强度影响的试验研究

为了研究和提高三山岛金矿分级尾砂胶结充填体的抗压强度,在充填体中加入粉煤灰及粉煤灰活化剂(CaO)以提高充填体的早期强度。设计了不同粉煤灰掺量替代胶结剂的充填体强度试验和最优粉煤灰掺量条件下不同CaO掺量的充填体强度试验,研究了粉煤灰掺量和CaO掺量与充填体强度之间的关系,并对出现这种关系的原因进行了理论分析。试验结果表明,当粉煤灰掺量为5%时,充填体试样的强度最大,充填用水中的Na+、Ca2+、Cl-离子对提高充填体的早期强度起了关键作用。当CaO掺量为最优粉煤灰掺量的20%时,各养护龄期的充填体强度最大。最终确定三山岛金矿分级尾砂胶结充填体粉煤灰掺量为5%,粉煤灰活化剂(CaO)的掺量为20%。     

熔融钒渣钙化及酸浸过程动力学研究

针对现有转炉钒渣钙化工艺中存在流程长和能耗高的弊端,本研究直接利用转炉中熔融钒渣的热量,在分离出半钢后,向熔融钒渣中加入氧化钙,使含钒物相发生钙化转型生成易溶于酸的钒酸钙。熔融钒渣可能发生的化学反应的热力学结果由Factsage8.1软件计算得到。研究过程中采用XRF、ICP、XRD和SEM/EDS等技术进行表征。XRD结果表明,随着CaO添加量的增加,熔融钒渣中逐渐形成CaV₂O₅、Ca₇V₄O₁₇、CaVO₃和Ca₃V₂O₈。当CaO添加过多后,也会形成Ca₂SiO₄和CaTiO₃,这些物相会包裹部分钒,降低钒的浸出率。而后对钙化钒渣进行了酸浸提钒试验,考察了钒渣粒度、浸出温度、酸浓度和液固比对钒浸出率的影响,动力学计算结果可知酸浸过程的表观活化能为11.56 kJ.mol_-1^,表明钙化钒渣的酸浸反应为内扩散控制。     

碳热还原粉煤灰物相变化规律

在感应炉中,空气气氛下,以粉煤灰为原料,木炭为还原剂,不同温度条件下对粉煤灰还原反应过程及合金进行研究。利用XRD,SEM-EDS技术对还原产物进行分析检测。结果表明,碳还原粉煤灰分为4个阶段：（1 373～1 673 K）Fe2O3和碳反应生成铁;（1 773～1 873 K）石英和碳反应生成SiC,莫来石发生分解并与碳反应生成SiC和Al2O3;（1 973～2 173 K）石英除生成较多SiC,还有少量Si生成,部分Al2O3和空气中的氮气生成Al5O6N,并最终分解成Al2O3和AlN;2 273 K氧化铝和SiC,C反应生成Al,Si,AlN和碳反应生成Al。高温下有气态的SiO,Al2O产生,造成部分铝硅损失。合金由3个相组成,3者相互混合存在,除含有较多Al,Si,Fe,Ca外,还含有部分SiC。在合适的配碳量下,Al2O3对SiC的生成有抑制作用。